第一章 2 库仑定律-【金版教程】2023-2024学年新教材高中物理必修第三册创新导学案word（教科版2019）

2.库仑定律 1．知道点电荷的概念，会探究影响点电荷之间相互作用力的因素。2.理解库仑定律的内容、表达式及适用条件。3.能应用库仑定律进行静电力的有关计算。 一　探究影响点电荷之间相互作用力的因素 1．点电荷 当一个带电体本身的大小比它到其他带电体的距离小很多，以至在研究它与其他带电体的相互作用力时，该带电体的形状、大小以及电荷在其上的分布状况均可忽略，可将它看作一个带电的点，这样的电荷称为点电荷。 2．影响点电荷之间相互作用力的因素 (1)实验装置： (2)实验结论：带电体之间的相互作用力随电荷量的增大而增大，随它们之间距离的增大而减小。 二　库仑定律 1．内容：真空中两个静止的点电荷之间的作用力与这两个电荷所带电荷量的乘积成正比，与它们之间距离的平方成反比，作用力的方向沿着这两个点电荷的连线。 2．表达式：F＝k。式中的k是一个比例常量，叫作静电力常量。由实验得出k＝9.0×109__N·m2/C2。 3．静止电荷之间的这种作用力叫作静电力或库仑力。从库仑定律我们还可以得出，点电荷之间的静电力遵守牛顿第三定律。 三　库仑定律的初步应用 两个或两个以上点电荷对某一个点电荷的作用力，等于各点电荷单独对这个点电荷的作用力的矢量和。 1．判一判 (1)静电力的大小与电性没有关系。(　　) (2)相互作用的两个点电荷，不论它们的电荷量是否相等，它们之间的静电力大小一定相等。(　　) (3)两个带电小球即使相距非常近，也能用库仑定律计算它们之间静电力的大小。(　　) 提示：(1)√　(2)√ (3)×　因为当r→0时两带电小球已不能看成点电荷，库仑定律不再成立。 2．想一想 (1)只有体积很小或电荷量很小的带电体才可以看作点电荷吗？ 提示：不是。一个带电体能否看作点电荷，是相对于具体问题而言的，与体积大小和电荷量大小无关。 (2)点电荷就是元电荷吗？ 提示：不是。点电荷是一种理想化的物理模型，元电荷是最小电荷量。 探究　点电荷　库仑定律 仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”。 活动1：为了探究电荷间作用力的规律，我们可以类比质点模型，建立点电荷模型，首先探究点电荷间的作用规律。图甲中，两个带电球相距较远，可看成点电荷，球A向右移动的过程中，小球B的悬线逐渐偏离竖直方向，这说明小球B所受作用力的大小在逐渐变化。A、B间距与悬线偏离竖直方向的偏角是怎样的一种关系？这表明A、B之间的相互作用力与A、B之间的距离是怎样的关系？ 提示：A、B间距越小，悬线偏离竖直方向的偏角越大；A、B之间的距离越小，A、B之间的相互作用力越大。 活动2：保持A、B之间的距离不变，改变球A的电荷量，观察到QA与悬线偏离竖直方向的偏角是怎样的关系？保持球A的电荷量不变，改变B的电荷量，观察到QB与偏角是怎样的关系？这表明A、B之间的相互作用力与两个带电体的电荷量是怎样的关系？ 提示：QA越大，悬线偏离竖直方向的偏角越大；QB越大，悬线偏离竖直方向的偏角越大；A与B的电荷量越大，A、B之间的相互作用力越大。 活动3：图乙是库仑做实验探究点电荷之间作用力F与它们的电荷量Q1、Q2和它们之间距离r的定量关系的实验装置。其中F与Q1、Q2比较难测量，如何测量或定量分析它们的大小？ 提示：图乙中带电金属小球C与A接触再分开后带同种电荷，再使C靠近A，A和C之间的作用力使A远离，这时扭转悬丝，使A回到初始位置并静止，通过比较悬丝扭转的角度就可以比较F的大小。根据上节学到的知识可知，两个完全相同的金属小球接触后平分电荷量，据此就可以将带电小球的电荷量Q分为，，，…。 活动4：库仑通过扭秤实验进一步发现F∝，F∝Q1Q2，试写出电荷之间作用力的数量关系。 提示：由实验结果可知F∝，设k为比例系数，则F＝k。 1．点电荷 (1)点电荷是理想化的物理模型：点电荷是只有电荷量，没有大小、形状的理想化模型，类似于力学中的质点，实际中并不存在。 (2)带电体看成点电荷的条件 一个带电体能否看成点电荷，要看带电体的形状、大小及电荷分布状况对相互作用力的影响是否可以忽略不计。如果可以忽略不计，则带电体就可以看成点电荷。即使是比较大的带电体，只要它们之间的距离足够大，也可以视为点电荷。 (3)易混淆的几个概念 点电荷 元电荷 小带电体 概念 忽略了大小、形状、电荷分布状况，只考虑电荷量的带电体 电子或质子所带的电荷量 体积较小的带电物体 实质 理想物理模型 最小电荷量 带电物体 联系 ①点电荷、小带电体所带的电荷量一定是元电荷的整数倍；②小带电体在一定条件下可视为点电荷 2.库仑定律 (1)库仑定律内容 真空中两个静止的点电荷之间的作用力与这两个电荷所带电荷量的乘积成正比，与它们之间距离的平方成反比，作用力的方向沿着这两个点电荷的连线。用公式表达即为F＝k。